Větrná a vodní energie: Síly přírody vyrábějí čistou elektřinu

Ten nápad měly postupně všechny civilizace – sestavit stroj, který využívá přírodních sil vody či větru k dělání užitečné, leč namáhavé práce – třeba k mletí obilí. Vodní mlýny se objevují zhruba před dvěma tisíci lety jak v Číně, Indii a Egyptě, tak i v Římské říši. Větrné mlýny přišly na svět o něco později − v sedmém století se začaly používat na Blízkém východě, ve středověku se pak rozšířily i do Evropy. První větrný mlýn na našem území, jak je doloženo v archivech, byl postaven v roce 1277 v zahradě Strahovského kláštera v Praze. Když už se zdálo, že se vodní i větrné mlýny stanou jen turistickými atrakcemi, našlo se pro ně jiné uplatnění: výroba elektřiny.

I v tomto případě má prvenství využití vody – hydroelektrárny začaly pracovat v poslední čtvrtině 19. století. A dosáhly velikosti, o jakých se mlynářům ani nezdálo. Větrné turbíny se sporadicky objevovaly v první polovině 20. století, ale skutečný rozmach zaznamenávají až od osmdesátých let. Dnes patří vodní i větrné elektrárny do velmi oblíbené kategorie obnovitelných energetických zdrojů. Cenné na nich je, že nespotřebovávají fosilní paliva a nevznikají v nich nežádoucí exhalace.


Vltava vede


Ve vodní elektrárně voda přitékající přívodním kanálem roztáčí turbínu, která je na společné hřídeli s generátorem elektrické energie. Dohromady tvoří takzvaný turbogenerátor. Mechanická energie proudící vody se tak mění na základě elektromagnetické indukce na energii elektrickou; ta se transformuje a odvádí do míst spotřeby.V České republice nejsou přírodní poměry pro budování velkých vodních energetických děl ideální, naše toky nemají potřebný spád ani dostatečné množství vody, a proto je podíl vodních elektráren na celkové výrobě elektrické energie v Česku poměrně nízký. Přesto hrají u nás v rámci obnovitelných zdrojů právě vodní elektrárny prim. Všechny velké vodní elektrárny, s výjimkou Dalešic, Mohelna a Dlouhých Strání, jsou umístěny na Vltavě, kde tvoří celý systém – tzv. vltavskou kaskádu. Jejich provoz je automatický a jsou řízeny z centrálního dispečinku ve Štěchovicích. V každém vodním díle na vltavské kaskádě funguje řídicí systém Siemens a celá vltavská kaskáda je kompletně zajištěna ochranami Siemens.

Největší v Česku

 

 Přívlastkem největší je opatřena elektrárna Orlík na Vltavě. Byla postavena v letech 1954 až 1961 a je stěžejním článkem vltavské kaskády. Umístěna je na stejnojmenné vodní nádrži, která zadržuje sedm milionů krychlových metrů vody, což z ní dělá nejobjemnější akumulační nádrž v České republice. Hladina nádrže pokrývá 26 čtverečních kilometrů. Betonová přehrada svou výškou 91,5 metru zaujímá v Česku první místo.

Elektrárna je umístěna na levém břehu Vltavy. Má rozměry 17 krát 127,5 metrů a výšku 20 metrů. Vodu přivádějí na soustrojí čtyři ocelová potrubí o průměru 6,2 metru zabetonovaná v hrázi. Každá ze čtyř turbín může podávat výkon 91 megawattů (MW). Využívají se tehdy, když se zvyšuje poptávka po elektřině. „Převážná část výkonu vltavské kaskády slouží ke krytí spotřeby během špiček. Orlík, Lipno i Slapy jsou typickými elektrárnami pro výrobu elektřiny ve špičkách. Do sítě dokážeme dodat jejich maximální výkon z úplného klidu během dvou a půl minuty. Bezproblémové je i jejich odstavení,“ říká Zdeněk Saturka, ředitel vodních elektráren společnosti ČEZ, které tyto elektrárny patří.

Základ výroby elektřiny v České republice sice tvoří uhelné a jaderné elektrárny, ty ale nedokážou pohotově měnit množství vyráběné energie. Jejich uvedení do provozu trvá minimálně desítky minut až hodiny a případné odstavování je drahé. Proto pracují se stabilním výkonem a kryjí základní spotřebu. V energetických špičkách se pak využívají elektrárny vodní.

Oprava po povodni

 

Ničivé povodně v roce 2002 vyřadily z provozu většinu vodních elektráren vltavské kaskády. Elektrárnu Orlík zcela poničily – svojí nečinností denně ztrácela miliony korun. Potřebovala velkou, ale přitom rychlou rekonstrukci.

Na ní se podílela i společnost Siemens Engineering. Byla pověřena dodávkami a rekonstrukcí silnoproudé i slaboproudé technologie, revizí rotorů u generátorů, a především výměnou vinutí statorů těchto generátorů za nové s moderním izolačním systémem.

„Naším úkolem bylo dodat špičkovou kvalitu, ale dodržet termín, který byl pojištěn takovými sankcemi, jež by v případě zaváhání při řízení zakázky mohly vést ke značným ztrátám,“ hodnotí rekonstrukci Orlíku Aleš Tomec, generální ředitel Siemens Engineering. Podařilo se a elektrárna opět pomáhá udržovat stabilitu české energetické soustavy.

Stavba roku 2009

 

Siemens se účastnil rovněž výstavby loni dokončené malé vodní elektrárny v pražské Tróji. Najdete ji na levém břehu Vltavy ve špičce pražského Císařského ostrova. Celá stavba vyšla na 350 milionů korun, konsorcium firem pod vedením Siemens Engineering zodpovídalo za dodávku technologie v hodnotě 141 milionů korun.

Oficiální označení „malá“ vodní elektrárna se vztahuje k výkonu elektrárny, jenž představuje 2,3 MW. Pohled na stříbrné oběžné kolo turbíny o průměru 2,6 metru však dokazuje, že zařízení není dětskou hračkou. Elektrárna má dvě Kaplanovy turbíny, které při přepravě z výrobního závodu v německém Ravensburgu musela na dálnici doprovázet policejní eskorta, protože zabíraly dva jízdní pruhy. V Praze je pak na Císařský ostrov dopravila loď z přístavu v Holešovicích.

Elektrárna však celkově neobsadila moc místa, je vtěsnána do úzkého prostoru mezi jez s velínem a plavební kanál vedoucí ke komoře a další vodní elektrárně do Podbaby. Šířka vlastní stavby v rovině oběžných kol je pouze 18 metrů, délka včetně vtoku a výtoku je 130 metrů, strojovna je založena dvanáct metrů pod terénem.

Nové vodní dílo se líbí – Svaz vodního hospodářství České republiky je ocenil v dané kategorii jako „Vodohospodářskou stavbu roku 2009".

Budoucnost na moři

Větrné elektrárny mají oproti vodním tu nevýhodu, že potřebují vítr, jehož síla se nedá předem určit ani ovlivnit. Přesto jich v Česku přibývá. Patří k nim i větrný park Rusová na české straně Krušných hor. Do celkové investice na jeho stavbu, 6,5 milionu eur, přispělo dvěma miliony eur německé ministerstvo životního prostředí, protože projekt má přeshraniční pozitivní vliv a omezí produkci oxidu uhličitého.

Tento větrný park disponuje třemi turbínami o celkovém výkonu 7,5 MW. Siemens Engineering dodal tři navzájem propojené trafostanice, do nichž je vyrobená energie svedena z generátoru elektrárny. Odtud elektřina putuje přes předávací stanici do vedení vysokého napětí. Součástí dodávky byla i rekonstrukce 450 metrů vysokonapěťového vedení.

V případě větrných elektráren však převládá tendence stavět ty největší větrné parky dál od obydlených míst: v pouštích, stepích, na opuštěných mořských pobřežích nebo přímo na hladině moří. Vzhledem k tomu, že Česko takovými místy nedisponuje, zdá se, že další rozvoj větrné energetiky zde bude dost limitovaný.

Vodní elektrárny

  • 1895: Na americké straně Niagarských vodopádů začala stavba první velké vodní elektrárny s výkonem 8 MW.

  • 1924: Na severním okraji Alp, v Bavorsku, byla postavena hydroelektrárna s celkovým výkonem 72 MW.

  • 1935: Na hranicích Nevady a Arizony v USA byla dokončena mohutná Hooverova přehrada s elektrárnou o výkonu 1 250 MW.

  • 1961: Zahájen provoz elektrárny Orlík na Vltavě.

Větrné elektrárny

  • 1935: U Černého moře uvedli ruští inženýři do provozu větrnou elektrárnu s výkonem 100 kW

  • 1941: V americkém Vermontu byla spuštěna větrná elektrárna Putnam s plánovaným výkonem 1 MW. Kvůli vadě materiálu v hřídeli lopatek však byla odstavena.

  • 1957: Větrné turbíny se začaly objevovat v Dánsku a Německu, ekonomicky však nedokázaly konkurovat tepelným elektrárnám.

  • 1993: V lokalitě Dlouhá Luka u Duchcova v Krušných horách byla postavena první větrná elektrárna u nás.